直线电机设计工艺制作及其设计应用仿真.pdf

一． 直线电机的发展历史 1845 年英国人Charles Wheastone 发明了世界上第一台直线电动机，但这种直线电动机由于气隙 过大而导致效率很低，未获成功。在160 多年的历史中直线电机主要经历了三个时期，分别是： 1.1840～1955 年为探索实验时期 在这个期间直线电机从设想到试验再到部分试验，经历了一个不断探索的过程。最早明确提出直线 电机的文章是1890 年美国匹兹堡市的市长写的一片文章，然而限于当时的技术条件，最终并没有获得成 功。到了1905 年出现了将直线电机作为火车推进机构的设想，给当时各国的研究人员带来了极大的鼓舞， 在1917 年出现了第一台圆筒形直线电机，并试图用它来作为导弹的发射装置，但始终还是停留在模型阶 段。经过1930 年到1940 年的实验阶段，科研人员获取了大量的实验数据，从而对理论有了更深的认识。 在随后的过程中，1945 年美国的西屋电气研制成功了电力牵引飞机弹射器，它以7400kw 的直线电机作为 动力，并且成功的进行了试验，同时使得直线电机可靠性等优点得到了重视。在1954 年英国皇家飞机制 造公司成功利用双边扁平型直流直线电机制成了导弹发射装置。但是在这个过程中，由于直线电机与旋转 电机相比在成本和效率方面没有优势，并没有取得突破性的成功。 2.1956— 1970 年为直线电机的开发应用期 1955 年以后，直线电机进入了全面的开发阶段，同时该时期的控制技术和材料技术的发展，更有力 的促进了直线电机的开发。直线电机的使用设备逐渐被开发出来，例如采用直线电机的MHD 泵、自动绘 图仪、磁头定位驱动装置、空气压缩机等。 3. 1971 年至今为直线电机的使用商品时期 到目前，各类直线电机的应用得到了推广，形成了许多有实用价值的商品，直线电机开始在旋转电 机无能为力的地方寻找自己的位置。例如，直线电机应用于磁悬浮列车，液态金属的输送和搅拌，电子缝 纫机和磁头定位装置，直线电机冲压机等等。 二．直线电机工作原理和分类 所谓的直线电机就是利用电磁原理，将电能装换为直线运动的装置。在实际应用中，为了保证在整 个行程初级和次级的耦合不变，一般将初级和次级制造成不同的长度。 与旋转电机类似，直线电机通入三相交流电后，会在初级和次级的气隙中形成磁场，如果不考虑端 部效应，这个磁场在直线方向应当是成正弦分布的，只是这个磁场是平移而不是旋转的，所以有成为行波 磁场。行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力，这就是直线的电机的工作原理。 有以上直线电机与旋转电机的对应关系，每种旋转电机都对应有相应的直线电机，但直线电机的结 构形式比旋转电机更加灵活，直线电机按照工作原理可以分为：直线直流电机，直线感应电机，直线同步 电机，直线步进电动机、直线压电电动机及直线磁阻电动机：按结构形式可分为平板式、U 形及圆筒式。 三．直线电机的优缺点分析 直线电机的特点在于直接产生直线运动，与间接产生直线运动的“旋转电机，加上滚珠丝杠相比，具 有如下优点：（1）没有机械接触，摩擦小，传动力在气隙中产生，只在导轨间存在摩擦；（2 ）结构简单， 体积小，以最少的部件实现直线运动；（3 ）行程在理论上不受限制，性能不会因为行程的加长而受到影响； （4 ）速度调节范围宽，高速是它的突出优点；（5 ）加速度大，可达到10g；（6 ）运动平稳，因为转换装 置少；（7）精度和重复精度高，没有中间环节，系统的精度取决与位置检测元件；（8 ）维护简单，运动 时五机械接触，提高了使用寿命。 直线电机的缺点是：（1）存在不可避免的“端部效应 （Edge Effect）”，即直线电机的端部磁场的畸 变影响了行波磁场的完整性，使得电动机的损耗增加，推力减小，而且存在较大的推力波动；（